綜述開(kāi)關(guān)電源EMC產(chǎn)生機(jī)理及其對(duì)策

測(cè)量;

　　測(cè)量頻率范圍：GB規(guī)定的測(cè)量范圍為30MHz ~ 1GHz，隨著時(shí)鐘頻率的升高，有擴(kuò)展到18GHz的趨勢(shì)，GJB規(guī)定的測(cè)量頻率范圍為10kHz ~ 18GHz。

　　EUT的布置：GB和GJB都要求EUT按照實(shí)際工作狀態(tài)布置(互聯(lián)電纜和所連接的外部設(shè)備全部按實(shí)際狀態(tài)連接)，GB要求EUT放置在木制測(cè)試臺(tái)上，GJB要求EUT放置在金屬板上。距離地面的距離為0.8米;

　　檢波方式：干擾測(cè)量?jī)x的讀數(shù)與檢波方式有關(guān)，因此標(biāo)準(zhǔn)中都明確規(guī)定檢波方式，GB要求準(zhǔn)峰值檢波，GJB要求峰值檢波;

　　最大輻射點(diǎn)：與處理電磁兼容問(wèn)題的原則相同，僅關(guān)心最壞情況。因此，以EUT的最大輻射值為測(cè)量結(jié)果。最大輻射值的含義有4個(gè)，第一：EUT的工作狀態(tài)處于最大輻射狀態(tài)，第二：EUT最大輻射面對(duì)著天線(xiàn)，第三：天線(xiàn)的極化方向?yàn)榻邮兆畲髨?chǎng)強(qiáng)的方向，第四：天線(xiàn)的高度為接收最大場(chǎng)強(qiáng)的位置。GJB中，沒(méi)有第四點(diǎn)的要求，即，天線(xiàn)的高度是固定的。

　　GB(中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn))：基本采用CISPR和IEC標(biāo)準(zhǔn)，目前已發(fā)布57個(gè)。

　　GJB(中國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn))：基本采用美軍標(biāo)，例如GJB151A = MIL-STD –461D。

　　測(cè)量設(shè)備：

　　騷擾測(cè)量設(shè)備：用來(lái)定量計(jì)量騷擾強(qiáng)度的設(shè)備，可以是EMI測(cè)量接收機(jī)，也可以是頻譜分析儀，頻率范圍要覆蓋150KHz~30MHz，具有峰值、準(zhǔn)峰值和平均值檢波功能。

　　線(xiàn)路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(LISN)：由于電源端子傳導(dǎo)發(fā)射的強(qiáng)度與電網(wǎng)的阻抗有關(guān)，因此為了使測(cè)量具有唯一性，必須在特定的阻抗條件下測(cè)量，LISN就提供了這樣一個(gè)環(huán)境，GB9254標(biāo)準(zhǔn)中使用的LISN為50Ω/50μH。

　　接地平板：受試設(shè)備要放置在接地金屬板上進(jìn)行試驗(yàn)，該金屬板比被測(cè)設(shè)備邊框大0.5米，最小尺寸為2m×2m。

　　電快速脈沖試驗(yàn)?zāi)M電網(wǎng)中的感性負(fù)載斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的干擾。這種干擾不僅會(huì)出現(xiàn)在電源線(xiàn)上，而且會(huì)耦合到信號(hào)線(xiàn)上。因此，這個(gè)試驗(yàn)要對(duì)電源線(xiàn)和信號(hào)線(xiàn)做。設(shè)備能夠通過(guò)浪涌試驗(yàn)，并不意味著也能通過(guò)電快速脈沖試驗(yàn)。一方面是因?yàn)楹笳叩念l率成份遠(yuǎn)高于前者，具備不同的干擾機(jī)理，令一方面是因?yàn)殡娍焖倜}沖試驗(yàn)中施加的干擾是重復(fù)性，這對(duì)電路具有一種積分效應(yīng)，是電路中的積分型抗干擾電路實(shí)效。

　　頻譜分析儀能夠快速地在較寬的頻率范圍內(nèi)掃描，因此是診斷電磁干擾發(fā)射的方便工具。使用頻譜分析儀時(shí)需要注意的問(wèn)題：頻譜分析儀不能觀(guān)測(cè)瞬間干擾，如靜電放電、雷電等;頻譜分析儀的掃描時(shí)間不能設(shè)置得太短，即不能使掃描速度太快;從頻譜分析儀屏幕上讀取頻率與幅度數(shù)據(jù)時(shí)，其精度與頻譜儀的掃描范圍有關(guān)，范圍越窄，精度越高;當(dāng)輸入信號(hào)過(guò)大時(shí)，頻譜分析儀會(huì)發(fā)生過(guò)載，使讀取的幅度數(shù)據(jù)比實(shí)際的小，用輸入衰減器可以避免過(guò)載;減小頻譜儀的中頻帶寬可以提高儀器的靈敏度(和選擇性)，但掃描時(shí)間會(huì)更長(zhǎng);寬帶信號(hào)的幅度會(huì)隨著中頻分辨帶寬的增加而增加。

　　電磁干擾(EMI)接收機(jī)是另一種測(cè)量電磁干擾的設(shè)備，許多人在選購(gòu)儀器時(shí)搞不懂接收機(jī)與頻譜儀之間的區(qū)別，下面做一簡(jiǎn)單比較：

　　所有的接收機(jī)都標(biāo)準(zhǔn)配置預(yù)選器(頻譜儀需要選配)，能夠有效地抑制帶外噪聲;所有的接收機(jī)用基頻混頻方式(頻譜儀使用基頻和諧頻混頻)，具有較高的靈敏度;接收機(jī)的中頻濾波器為矩形(頻譜儀的中頻濾波器為高斯形)，具有更好的選擇性;接收機(jī)適合于正式測(cè)量，不適合于診斷。

　　EMC試驗(yàn)室有華測(cè)(CTI)、SGS、信測(cè)、信華、華通威、冠準(zhǔn)、莫特、廣州ETL、廣州五所、東莞經(jīng)續(xù)、東莞沃特、厚街北南、長(zhǎng)安世鴻、長(zhǎng)安碩信(ATT)、大朗信寶、塘夏歐標(biāo)、摩爾實(shí)驗(yàn)室、經(jīng)續(xù)檢驗(yàn)技術(shù)有限公司等。像美國(guó)的FCC只測(cè)EMI中的輻射和傳導(dǎo)，不測(cè)EMS。有些國(guó)家EMI和EMS是分開(kāi)測(cè)的，有些國(guó)家是一起像CCC認(rèn)證CE認(rèn)證?，F(xiàn)在很多電器類(lèi)產(chǎn)品做CE還要加測(cè)電磁波騷擾EMF，標(biāo)準(zhǔn)是EN-50336。電源EMI技術(shù)就算能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，有的產(chǎn)品要求要達(dá)一定的濕度測(cè)試。在深圳濕試控制都比較難做。深圳幾家大實(shí)驗(yàn)室，都比較難，空間問(wèn)題。EMI不只包括傳導(dǎo)，輻射，電流諧波與電壓閃爍也是EMI的部分。諧波和閃爍是設(shè)備對(duì)外的，而不是外界對(duì)設(shè)備的，所以是EMI，不是EMS。

　　開(kāi)關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生機(jī)理及其傳播途徑

　　功率開(kāi)關(guān)器件的高額開(kāi)關(guān)動(dòng)作是導(dǎo)致開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾(EMI)的主要原因。開(kāi)關(guān)頻率的提高一方面減小了電源的體積和重量，另一方面也導(dǎo)致了更為嚴(yán)重的EMI問(wèn)題。開(kāi)關(guān)電源工作時(shí)，其內(nèi)部的電壓和電流波形都是在非常短的時(shí)間內(nèi)上升和下降的，因此，開(kāi)關(guān)電源本身是一個(gè)噪聲發(fā)生源。開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的干擾，按噪聲干擾源種類(lèi)來(lái)分,可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種;若按耦合通路來(lái)分,可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。使電源產(chǎn)生的干擾不至于對(duì)電子系統(tǒng)和電網(wǎng)造成危害的根本辦法是削弱噪聲發(fā)生源，或者切斷電源噪聲和電子系統(tǒng)、電網(wǎng)之間的耦合途徑?，F(xiàn)在按噪聲干擾源來(lái)分別說(shuō)明：

　　1、二極管的反向恢復(fù)時(shí)間引起的干擾

　　交流輸入電壓經(jīng)功率二極管整流橋變?yōu)檎颐}動(dòng)電壓，經(jīng)電容平滑后變?yōu)橹绷?，但電容電流的波形不是正弦波而是脈沖波。由電流波形可知，電流中含有高次諧波。大量電流諧波分量流入電網(wǎng)，造成對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。另外，由于電流是脈沖波，使電源輸入功率因數(shù)降低。

　　高頻整流回路中的整流二極管正向?qū)〞r(shí)有較大的正向電流流過(guò)，在其受反偏電壓而轉(zhuǎn)向截止時(shí)，由于PN結(jié)中有較多的載流子積累，因而在載流子消失之前的一段時(shí)間里，電流會(huì)反向流動(dòng)，致使載流子消失的反向恢復(fù)電流急劇減少而發(fā)生很大的電流變化(di/dt)。

　　2、開(kāi)關(guān)管工作時(shí)產(chǎn)生的諧波干擾

　　功率開(kāi)關(guān)管在導(dǎo)通時(shí)流過(guò)較大的脈沖電流。例如正激型、推挽型和橋式變換器的輸入電流波形在 阻性負(fù)載時(shí)近似為矩形波,其中含有豐富的高次諧波分量。當(dāng)采用零電流、零電壓開(kāi)關(guān)時(shí),這種諧 波干擾將會(huì)很小。另外,功率開(kāi)關(guān)管在截止期間,高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變,也會(huì)產(chǎn)生 尖峰干擾。

　　3、交流輸入回路產(chǎn)生的干擾

　　無(wú)工頻變壓器的開(kāi)關(guān)電源輸入端整流管在反向恢復(fù)期間會(huì)引起高頻衰減振蕩產(chǎn)生干擾。開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的尖峰干擾和諧波干擾能量，通過(guò)開(kāi)關(guān)電源的輸入輸出線(xiàn)傳播出去而形成的干擾稱(chēng)之為傳導(dǎo)干擾;而諧波和寄生振蕩的能量，通過(guò)輸入輸出線(xiàn)傳播時(shí)，都會(huì)在空間產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)。這種通過(guò)電磁輻射產(chǎn)生的干擾稱(chēng)為輻射干擾。

　　4、其他原因

　　元器件的寄生參數(shù)，開(kāi)關(guān)電源的原理圖設(shè)計(jì)不夠完美，印刷線(xiàn)路板(PCB)走線(xiàn)通常采用手工布 置，具有很大的隨意性，PCB的近場(chǎng)干擾大，并且印刷板上器件的安裝、放置，以及方位的不合理都會(huì)造成EMI干擾。這增加了PCB分布參數(shù)的提取和近場(chǎng)干擾估計(jì)的難度。

　　Flyback 架構(gòu)noise 在頻譜上的反應(yīng)

　　0.15 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開(kāi)關(guān)頻率的3次諧波引起的干擾。

　　0.2 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開(kāi)關(guān)頻率的4次諧波和MOSFET 振蕩2(190.5KHz)基波的迭加，引起的干擾;所以這部分較強(qiáng)。

　　0.25 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開(kāi)關(guān)頻率的5次諧波引起的干擾;

　　0.35 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開(kāi)關(guān)頻率的7次諧波引起的干擾;

　　0.39 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開(kāi)關(guān)頻率的8次諧波和MOSFET 振蕩2(190.5KHz)基波的迭加引起的干擾;

　　1.31MHz處產(chǎn)生的振蕩是Diode 振蕩1(1.31MHz)的基波引起的干擾;

　　3.3 MHz處產(chǎn)生的振蕩是MOSFET 振蕩1(3.3MHz)的基波引起的干擾;

　　開(kāi)關(guān)管、整流二極管的振蕩會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的干擾

　　設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源時(shí)防止EMI的措施:

　　1.把噪音電路節(jié)點(diǎn)的PCB銅箔面積最大限度地減小;如開(kāi)關(guān)管的漏極、集電極，初次級(jí)繞組的節(jié)點(diǎn)，等。

　　2.使輸入和輸出端遠(yuǎn)離噪音元件，如變壓器線(xiàn)包，變壓器磁芯，開(kāi)關(guān)管的散熱片，等等。

　　3. 使噪音元件(如未遮蔽的變壓器線(xiàn)包，未遮蔽的變壓器磁芯，和開(kāi)關(guān)管，等等)遠(yuǎn)離外殼邊緣，因?yàn)樵谡２僮飨峦鈿み吘壓芸赡芸拷饷娴慕拥鼐€(xiàn)。

　　4. 如果變壓器沒(méi)有使用電場(chǎng)屏蔽，要保持屏蔽體和散熱片遠(yuǎn)離變壓器。

　　5. 盡量減小以下電流環(huán)的面積：次級(jí)(輸出)整流器，初級(jí)開(kāi)關(guān)功率器件，柵極(基極)驅(qū)動(dòng)線(xiàn)路，輔助整流器。

　　6.不要將門(mén)極(基極)的驅(qū)動(dòng)返饋環(huán)路和初級(jí)開(kāi)關(guān)電路或輔助整流電路混在一起。

　　7.調(diào)整優(yōu)化阻尼電阻值，使它在開(kāi)關(guān)的死區(qū)時(shí)間里不產(chǎn)生振鈴響聲。

　　8. 防止EMI濾波電感飽和。

　　9.使拐彎節(jié)點(diǎn)和 次級(jí)電路的元件遠(yuǎn)離初級(jí)電路的屏蔽體或者開(kāi)關(guān)管的散熱片。

　　10.保持初級(jí)電路的擺動(dòng)的節(jié)點(diǎn)和元件本體遠(yuǎn)離屏蔽或者散熱片。

　　11.使高頻輸入的EMI濾波器靠近輸入電纜或者連接器端。

　　12.保持高頻輸出的EMI濾波器靠近輸出電線(xiàn)端子。

　　13. 使EMI濾波器對(duì)面的PCB板的銅箔和元件本體之間保持一定距離。

　　14.在輔助線(xiàn)圈的整流器的線(xiàn)路上放一些電阻。

　　15.在磁棒線(xiàn)圈上并聯(lián)阻尼電阻。

　　16.在輸出RF濾波器兩端并聯(lián)阻尼電阻。

　　17.在PCB設(shè)計(jì)時(shí)允許放1nF/ 500 V陶瓷電容器或者還可以是一串電阻，跨接在變壓器的初級(jí)的靜端和輔助繞組之間。

　　18.保持EMI濾波器遠(yuǎn)離功率變壓器;尤其是避免定位在繞包的端部。

　　19.在PCB面積足夠的情況下, 可在PCB上留下放屏蔽繞組用的腳位和放RC阻尼器的位置，RC阻尼器可跨接在屏蔽繞組兩端。

20.空間允許的話(huà)在開(kāi)